WiTricity: "وداع با سیم برق"
در دنیایی که روز به روز بیشتر و بیشتر به تجهیزات الکترونیکی قابل حمل وابسته می شود، یکی از مشکلات بزرگ، خالی شدن شارژ باتری این قبیل تجهیزات در نامناسب ترین مواقع ممکن است. از دست دادن یک مکالمه مهم، عدم امکان ضبط یک مصاحبه، قطع ارتباط لپ تاپ با اینترنت، همه و همه بدلیل خالی شدن شارژ باتری. بی تردید همه ما چنین مواردی را تجربه کرده ایم.
اما تجربه ای مشابه برای پروفسور مارین سولیاچیچ Marin Soljacic به منزله جرقه ای برای شکل گرفتن و عملی شدن یک ایده بزرگ بود: "برق بی سیم"
روز هفتم ژوئن، تیمی از دانشگاه MIT به سرپرستی پروفسور سولیاچیچ رسماً اعلام کرد که موفق شده از فاصله دو متری و بدون هر نوع "اتصال فیزیکی"، یک لامپ 60 وات را روشن کند. سیستم مورد استفاده آنها، تنها از دو سیم پیچ مسی "مرتعش" به قطر 60 سانتیمتر تشکیل شده بود! آنها نام این پدیده را WiTricity (مخفف Wireless Electricity به معنای برق بی سیم) گذاشتند.
WiTricity
چند سال پیش، پروفسور مارین سولیاچیچ استاد فیزیک موسسه تکنولوژی ماساچوست MIT که بارها با مشکل خالی شدن شارژ باتری تلفن همراه خود مواجه شده بود، تصمیم گرفت که بطور جدی بر روی ایده انتقال انرژی الکتریکی بدون استفاده از سیم (Wireless) کار کند.
این ایده البته چندان جدید نبود. درحقیقت نیکلا تسلا (Nikola Tesla)، مهندس، دانشمند و مخترع پیشرو و خوشفکر قرن نوزدهم از اولین کسانی بود که به این فکر افتادند. او حتی قصد داشت ایده خود را با آنتنی به ارتفاع 29 متر در لانگ آیلند نیویورک آزمایش کند؛ اما بدلیل تامین نشدن منابع مالی مورد نیاز، موفق به اینکار نشد.
اما این به معنای فراموش شدن اصل ایده نبود. از آن زمان تا کنون و خصوصاً با فراگیر شدن برق و تجهیزات برقی، دانشمندان و مهندسان زیادی بر روی این ایده و عملی کردن آن کار کرده اند. آنها عمدتا بر روی دو طرح مختلف کار می کردند:
الف- فرستنده های همه جهته
این فرستنده ها بدلیل آنکه امواج الکتریکی را در همه جهات ارسال می کردند، از بازدهی بسیار پائینی برخوردار بودند و بخش عمده انرژی ارسالیشان تلف می شد. ضمن آنکه احتمال ایجاد خطر هم منتفی نبود.
ب- فرستنده های جهت دار
در این سیستم ها امواج انرژی به سمت یک جهت خاص ارسال می شوند- درست مانند لیزر. اما همین موضوع، محدودیت بزرگی را ایجاد می کند؛ چراکه الزاماً باید بین فرستنده و گیرنده، "دید مستقیم" وجود داشته باشد. در نتیجه برای یک وسیله متحرک مانند تلفن همراه یا کامپیوتر لپتاپ مناسب نیستند.
اما پروفسور سولیاچیچ ایده دیگری داشت:
آنتن های "لرزان"
ایده سولیاچیچ بر پایه برخی از ساده ترین مفاهیم فیزیک شکل گرفته بود؛ آنقدر ساده که به گفته پروفسور جان پندری John Pendry از کالج سلطنتی لندن "هیچ نکته خاصی در این طرح وجود ندارد که مانع از این بوده باشد که مثلاً 10 یا 20 سال پیش بر روی آن سرمایه گذاری شود".
اما همانطور که یکی از همکاران سولیاچیچ می گوید، موضوع تنها "زمان" بوده است. در حقیقت در سالهای گذشته، عملاً نیاز به چنین سیستمی آنچنان احساس نمی شد؛ اما با افزایش روزافزون تجهیزات الکترونیکی قابل حمل، این موضوع اهمیت ویژه ای پیدا کرد
طرح سولیاچیچ بر مفهوم فیزیکی "تشدید" یا "رزونانس" استوار است؛ پدیده ای که باعث می شود هنگامی که انرژی با فرکانس خاصی به جسمی منتقل شود، آنرا به ارتعاش در آورد. نکته اصلی آنست که اگر دو جسم دارای رزونانس یکسان باشند، با یکدیگر تبادل انرژی می کنند، بدون آنکه بر روی سایر اشیای محیط، تاثیری بگذارند.
مثال معروفی در این مورد وجود دارد: چنانچه در اتاقی صدها لیوان مشابه وجود داشته باشند که هریک به میزان متفاوتی حاوی آب باشند، اگر خواننده ای یک نت موسیقی را با صدای بلند اجرا کند، یکی از لیوان ها که با صدای او فرکانس مشابهی داشته باشد، خواهد "ترکید". علت این موضوع، انباشت انرژی حاصل از رزونانس در آن لیوان خاص است؛ اما برای سایر لیوان ها هیچ اتفاقی نخواهد افتاد.
در طرح پروفسور سولیاچیچ، بجای رزونانس صوتی از رزونانس فرکانس های بسیار پائین امواج الکترومغناطیسی استفاده می شود. در سیستم آزمایشی، دو سیم پیچ مسی، هریک به قطر 60 سانتیمتر و به فاصله دو متر از یکدیگر و بدون هرگونه اتصال فیزیکی، وجود دارند. سیم پیچ اول به منبع برق متصل بوده و به عنوان "فرستنده" استفاده می شود و سیم پیچ دوم در نقش "گیرنده" به یک لامپ 60 وات متصل است. حال با به ارتعاش درآوردن هر دو سیم پیچ یا یک فرکانس یکسان و ایجاد پدیده رزونانس، ولتاژ بیشتر و بیشتری از سیم پیچ اول به گیرنده منتقل شده و لامپ را روشن می کند.
"ایمن"
یکی از مهمترین مزایای طرح تیم MIT، عدم نیاز به "دید مستقیم" بین دستگاه های گیرنده و فرستنده است. در نمونه آزمایشگاهی، اشیایی از قبیل چوب، فلز، تجهیزات الکترونیکی و حتی کارت های اعتباری را بین دو سیم پیچ قرار دادند؛ اما هیچ یک از اینها، مانع انتقال انرژی بین گیرنده و فرستنده نشدند و خود نیز، هیچ تاثیری از این انرژی انتقالی نگرفته و آسیب ندیدند.
بدن انسان و سایر موجودات زنده برخلاف حساسیت بالا نسبت به میدان های الکتریکی، در مقابل میدان های مغناطیسی هیچ حساسیتی ندارند. از اینرو به گفته پروفسور سولیاچیچ، این سیستم که بر اساس "کوپلینگ مغناطیسی" بنا شده، "هیچ خطری" برای سلامتی انسان ندارد.
از دیگر مزایای WiTricity – که در سلامتی انسان و محیط زیست هم تاثیر زیادی خواهد داشت- آنست که چنانچه موبایل ها و سایر تجهیزات الکترونیکی بتوانند انرژی مورد نیاز خود را از "هوا" دریافت کنند، دیگر نیازی به باتری های شیمیایی – که حاوی آلاینده ها و مواد سمی هستند- نخواهد بود.
البته هنوز تا رسیدن به این نقطه، چند سالی فاصله داریم. هم اکنون بازده سیستم آزمایشی بین 40 تا 45 درصد است که برای استفاده فراگیر از آن مناسب نیست. به گفته سولیاچیچ برای اینکه این سیستم بتواند جایگزین شارژرها و باتری های شیمیایی کنونی شود، باید بازده آن به دوبرابر میزان کنونی افزایش یابد.
اما سولیاچیچ کاملاً امیدوار است: "ما کاملاً به تئوری مان ایمان داشتیم، اما باید در عمل هم آن را می آزمودیم که موفق هم شدیم. اعداد و ارقام حاصله، چندان از مقادیر مورد نیاز و کاربردی دور نیستند". وی معتقد است که همه اصلاحات مورد نیاز، بخوبی قابل دستیابی اند و قدم بعدی، تغدیه یک وسیله کوچک مثل لپتاپ یا یک روبات جاروکش خواهد بود.
سولیاچیچ می گوید: "اکنون هدف ما، کم کردن ابعاد سیم پیچ ها، افزایش برد آنها و نیز بالا بردن بازدهی کل سیستم است". هدفی که به گفته همکارانش، ظرف سه تا پنج سال آینده، عملی خواهد شد.
طرح میان متن از بی بی سی انگلیسی
عکس ها از : سایت دانشگاه MIT
